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科學家終於做出超級透鏡(superlens)了。顯微鏡配上這種超級透鏡就可以突破傳統的光學繞射極限，大大地增加其空間解析度。
科學家在六年前就提出了一種稱為超穎介質(metamaterial)的材料，這種材料擁有負的折射率。負折射率是指當光進入這種物質時，光的偏折方向會跟進入一般物質時的偏折方向不同，也就是入射光與折射光會在法線的同一側，而不是折射定律所說的入射光和折射光會在法線的不同側。由於它這種可以將光(電磁波)偏折到與一般物質不同的方向的性質，因此科學家很想把它應用在光學上，例如控制光線的走向。在去年，研究人員就想使用這種物質的特殊折光特性來製造"隱形斗蓬"，也就是將光線分別導離障礙物，然後再將其導回來聚在一起，這樣就不會受障礙物的阻擋了。不過當他們將這個構想在可見光波段做測試時並沒有成功。
另外，另一位物理學家Imperial College in London的John Pendry也提出了超穎介質可以用來製作超級透鏡(superlens)的構想。根據他的構想，這種超級透鏡可以將光聚焦到比一般透鏡可以聚焦的光點還小。光學顯微鏡通常無法使比光的波長(約幾百奈米)還要小的物體或結構清晰成像，這是光波的繞射效應所造成的，稱為繞射極限。但是Pendry在2000年用理論推導證明了這種超級透鏡可以將物體中比光波波長還要小的結構細節部分清晰地呈現出來。
在之前超穎介質特性的驗證及應用仍然僅侷限於比可見光波長波還要長的波段，也就是微波波段。這是因為超穎介質是種完全人造的物質，要構成這種超穎介質，單一元件的大小必須要與進入物質中的電磁波波長相當，因此在技術上很難做出跟可見光波長大小相當的元件。最近，兩個由Xiang Zhang領軍的在the University of California at Berkeley及由Igor Smolyaninov領軍的the University of Maryland研究團隊分別克服了這個困難，做出了超級透鏡。他們的工作分別都發表在2007年3月23日出版的Science上。
Zhang團隊的超級透鏡是半圓柱形的。他們使用35奈米厚的同心銀及氧化鋁半圓柱殼交互相疊而成。這個結構的作用類似放大鏡，可以將位在圓柱中央光學顯微鏡鏡頭無法解析的結構的影像先行放大到可以解析的程度，然後再用光學顯微鏡去成像。Zhang及其同僚展示了他們的系統可以將兩條只相距100奈米的窄線解析出來，並且可以把只有400奈米寬的字母"O"跟"N"分辨出來。若僅使用一般顯微鏡鏡頭，這些情況都只能得到模糊的影像。Smolyaninov團隊所做出來的超級透鏡也可以放大物體，所以也可以與一般的顯微鏡配合使用。他們在金膜上鋪上數個高分子同心半圓的圖樣，在最內側的同心半圓中央有幾個高分子圓點。為了要看到這些高分子圓點，必須要先用光去激發它們。在激發高分子圓點的同時也會激發在金膜上的電子波，稱為電漿子(plasmon)。電漿子會沿著徑向方向輻射入超級透鏡的結構並往外傳播，因而產生放大的高分子圓點的影像，當放大到顯微鏡鏡頭可以解析的程度後，再用顯微鏡鏡頭去看這些放大的影像。研究團隊宣稱，他們可以將只相距70奈米的高分子點解析出來。
Pendry認為，目前在生物分子的研究上，許多物體，例如像病毒或DNA分子，就算用光學顯微鏡可以看的到，也無法得到清晰令人可確信的影像。像這樣的超級透鏡正好可以大大提高傳統光學顯微鏡的空間解析度，因此在這方面的應用將會是非常有潛力的。
參考來源： News@Nature.com: Superlenses bring the nanoworld into focus Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects Magnifying Superlens in the Visible Frequency Range本文版權聲明與轉載授權資訊：
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發表於 07-4-1 08:31:24